Günümüzde IoT Cihazları: Daha Fazla Elektronik, Daha Fazla Sensör, Daha Fazla Verimlilik
Teknoloji hızla ilerliyor ve insanların iletişim kurma, yön bulma, hastalıkları tedavi etme ve hatta evlerini ve ülkelerini savunma yöntemleri de dahil olmak üzere toplumun birçok yönünü dönüştürüyor. Nesnelerin interneti (IoT) artık daha iyi tanımlamak için her zamankinden daha fazla elektroniğe, özerkliği artırmak için daha fazla sensöre ve paraziti önlemek için daha iyi bağlantıya sahip. IoT cihazları taşınabilirlik için küçülmekte ve pille çalışan cihazların ortaya çıkmasına neden olmaktadır. Teknoloji ortamındaki bu değişiklikler bizi bir güç devrimine doğru götürüyor. Daha uzun pil ömrü, daha sürdürülebilir ve çevre dostu pil malzemeleri ile süper hızlı pil şarjı getiren bir devrim. Endüstriler ve araştırma merkezleri pil geliştirme, üretim ve test alanlarında sınırları zorlamaya öncülük ediyor.
Bir Sonraki Güç Mücadelesi
Batarya endüstrisi yirmi yılı aşkın bir süre öncesine göre çok yol kat etti. Günümüzde pil üreticileri, pille çalışan çok çeşitli cihazları desteklemek için daha ucuz, daha hafif ve daha güçlü çözümler bulmak için sürekli deneyler yapıyor. Tüketiciler, tüketici elektroniği, sağlık, otomotiv ve askeri sektörler de dahil olmak üzere tüm sektörlerde daha uzun ömürlü ve daha hızlı şarj olan piller talep ediyor. Sağlık sektörü, tansiyon monitörleri, işitme cihazları, kalp destek ekipmanları ve taşınabilir ve kullanışlı insülin pompaları gibi tıbbi ekipmanları desteklemek için daha iyi pillere büyük ölçüde güvenmektedir. Askeri uygulamalar, uzak bölgelerde şarj etme veya pil değiştirme arasında uzun süreler boyunca güç gerektirebilir.
Batarya üreticilerinin yanı sıra IoT cihaz üreticileri de yeni cihazlar tasarlarken - tasarım ve prototiplemeden ürün geliştirme, ürün testi ve üretime kadar - batarya karakterizasyonunu göz önünde bulunduracaktır. Bu, IoT cihazları için en önemli hususlardan biridir ve onlara farklı ve pazarlanabilir bir rekabet avantajı sağlar.
Cihaz Tasarımı ve Prototipleme
Cihaz tasarımı ve prototipleme süreci boyunca bir cihaz tasarımcısı, tasarımın etkilerini ve bataryaları nasıl etkileyeceğini göz önünde bulundurur.
Güç Stratejisini Belirleyin
Pil ömrünü uzatmanın ilk adımı cihazın güç stratejisini belirlemektir. Bir tasarıma başlamadan önce, yeni kablosuz cihazın işlevselliğini ve kullanımını belirlemek, donanım bileşenlerini ve özelliklerini tanımak, radyo bağlantısı ve termal yönetim türüne karar vermek ve yazılım ölçeklenebilirliğini, güç açma zamanlamasını ve sıralamasını dikkate almak önemlidir. Yukarıda bahsedilen öğelerin her biri cihaz tasarımını etkiler.
Bataryayı Seçin
Bir sonraki adım cihaz için doğru bataryayı seçmektir. Cihaz tasarımcısının cihazın fiziksel boyutunu ve ağırlığını, cihaz için uygun olan batarya kimyasını ve bataryanın cihaza nasıl bağlanacağını bilmesi gerekir. Cihaz tasarımcısı, güç gereksinimini tasarıma dahil edecek ve cihazın nominal voltajını, algoritmasını ve kablosuz iletim protokollerini karşılayıp karşılamayacağını belirleyecektir.
Karakterize edin
Son olarak, belirlenen güç stratejisi ve cihaz tasarımına göre seçilen pili karakterize edin. Batarya kapasitesi, iç direnç ve açık devre voltajı olsun, cihaz tasarımcısı bunu tasarıma göre doğrulamak isteyecektir.
Cihaz Geliştirme
Ar-Ge mühendisi, IoT cihazının pil ömrünü uzatma çabasında eşit derecede kritik bir role sahiptir.
- Emüle Etmek (Taklit ): Mühendisin görevlerinden biri bataryayı taklit etmek ve cihaz tasarımı, yazılımı ve ürün yazılımına karşı test etmektir. Bu test, gerçek bir bataryanın şarj ve deşarj olmasını beklemeden donanım ve yazılım tasarımlarının bir kombinasyonu ile çeşitli test senaryolarını kapsar.
- Doğrulama: Bir sonraki değerlendirme, çalışma süresinin cihazın tasarımını karşılayacağını doğrulamak için pilin kapasite ve enerji değerlerinin veri sayfasıyla uyumlu olduğunu onaylar.
- Döngü: Ar-Ge mühendisi, önceden tanımlanmış belirli test koşulları altında bataryanın yaşının cihaz performansı ve güvenilirliği üzerindeki etkisini belirleyecektir.
- Test: Ar-Ge mühendisi ayrıca gerçek yaşam koşullarında pil performansını gerçekçi bir şekilde değerlendirmek için çeşitli çevresel koşullarda bir çalışma testi gerçekleştirir.
- Sertifikalandırma: Pil sertifikasyonu ve uyumluluğu, kullanıcı güvenliğinin Underwriters Laboratories (UL) Sertifikasyonu ve Atık Elektrikli ve Elektronik Ekipman (WEEE) kuruluşlarının yönergelerine uygun olmasını sağlar.
Batarya Testi Zorluklarla Birlikte Gelir
Kablosuz cihazları tasarlama ve geliştirme adımları kulağa basit gelse de, tasarım mühendisleri birçok zorlukla karşılaşır. Örneğin, bir tasarım mühendisi yeni bir cihazın batarya kapasitesini nasıl tükettiğini anlamak zorundadır.
IoT'nin minyatürleştirilmesiyle, düşük güçlü IoT cihazları, cihazın boşta kaldığı süre boyunca çalışmasına izin vermek için arka planda çok düşük bir µA akımla çalışır. Uyku akımı da cihaz aktifken veya iletim yaparken kullanılan akıma kıyasla çok düşüktür. Tasarım mühendisi, cihazın çalışabilmesi için bazı alt devrelerin her zaman arka planda çalışması gerektiğinden, belirli donanım alt devrelerini izole etmeli ve test etmelidir. IoT'nin minyatürleştirilmesiyle, düşük güçlü IoT cihazları, cihazın boşta kaldığı süre boyunca çalışmasına izin vermek için arka planda çok düşük bir µA akımla çalışır. Uyku akımı da cihaz aktifken veya iletim yaparken kullanılan akıma kıyasla çok düşüktür. Tasarım mühendisi, cihazın çalışabilmesi için bazı alt devrelerin her zaman arka planda çalışması gerektiğinden, belirli donanım alt devrelerini izole etmeli ve test etmelidir.
Tasarım mühendisi ayrıca cihazını, alt devrelerini ve pilini hem bağımsız olarak hem de birlikte test edecek ve karakterize edecektir. Tasarım mühendisinin seri üretime geçmeden önce konsept kanıtını karşıladığından emin olmak için cihazı doğrulaması ve test etmesi gerekir.
Uçtan Uca Cihaz Batarya Testi Çözümü
Cihaz tasarımcıları IoT cihazının genel akım tüketimini etkili bir şekilde ölçmek için tüm geçici faaliyetleri nasıl doğru bir şekilde ölçebilir? Tasarım mühendisleri, tasarım ve algoritma değişikliklerinin etkisini nasıl test edebilir ve bunları karmaşık müşteri kullanım modellerine göre nasıl doğrulayabilir?
Tasarım mühendisi, cihazın pil ömrünü optimize etmek ve en üst düzeye çıkarmak için pil karakterizasyonu, emülasyonu, döngüsü, akım tahliyesi ve olay tabanlı güç tüketimi analizi yapmalarına yardımcı olabilecek bir çözüm ister.
Keysight X8712A / N6705C DC güç analizörü, kaynak ölçüm ünitesi ve elektronik yük modülleri ve üç uyumlu yazılım aracı ile pil ömrü, pil boşalması ve pil emülasyonu endişelerinizi çözmenize yardımcı olabilecek entegre bir çözümdür. Bu entegre çözüm, batarya test süresini ve karmaşıklığını azaltarak tasarım mühendislerinin batarya performansını seçmesine, optimize etmesine ve doğrulamasına yardımcı olur. Tasarım mühendisleri daha sonra cihazlarını ve pili kolayca ve doğru bir şekilde test edip karakterize ederek pil çalışma süresini optimize etmek için bilinçli ödünleşimler yapabilirler.
Şekil 1. Pil ömrü, pil tüketimi ve pil emülasyonu için entegre bir çözüm
Sonuç
Batarya teknolojisi ve test araçları, beklentilere ve gereksinimlere ayak uydurmak için hızla ilerlemektedir. Tasarım mühendisleri, geliştirme döngüsünün sonlarında sorunları gidermek için gereken maliyetli ve zaman alıcı yeniden çalışmalardan kaçınmak için tasarımın erken aşamalarında ve geliştirme süreci boyunca pil performansı verilerini yakalamalı ve analiz etmelidir. Ayrıca, doğru pil ömrü testinin sağladığı derin içgörü, IoT cihazınızın pil ömrünü uzatmanın ve optimize etmenin yeni yollarını keşfetmek için size en büyük şansı sunar.
